3.3. Выплавка чугуна | Материаловед
Чугун выплавляют в печах шахтного типа – доменных печах.
Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом и твёрдым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива.
При выплавке чугуна решаются следующие задачи:
- восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определённого химического состава;
- оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нём золы кокса и удаление его из печи.
Процесс доменной плавки непрерывный. Сверху в печь загружают сырые материалы, а в нижнюю часть через фурмы подают нагретый воздух и топливо (жидкое или газообразное). Полученные от сжигания топлива газы проходят через столб шихты и отдают ей свою энергию. Опускающаяся шихта нагревается, восстанавливается и плавится. Часть кокса расходуется в печи на восстановление железа и других элементов, большее его количество достигает фурм, где сгорает.
Устройство и работа доменной печи
Доменная печь (рис. 1) имеет стальной кожух, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15, выполненную из углеродистых блоков.
Доменная печь
Рис. 1. Устройство доменной печи
В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту. Шихту подают в вагонетки 9 подъемника, которые, передвигаясь по мосту 12 к засыпному аппарату, и опрокидываются и высыпают шихту в приемную воронку
При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство подаютса новые порции шихты, чтобы весь полезный объём был заполнен.
Полезный объем печи – объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании.
Полезная высота доменной печи (Н) достигает 35 м, а полезный объем – 2000…5000 м3.
В верхней части горна находятся фурменные устройства
Горение топлива
С+O2=CO2+Q;
CH4+2O2=CO2+2H2O(пар)+Q.
В результате горения выделяется большое количество теплоты, в печи выше уровня фурм развивается температура выше 2000 0С.
Продукты сгорания взаимодействуют с раскаленным коксом по реакциям:
CO2+C=2CO-Q;
H2O+C=CO+H2-Q.
Образуется смесь восстановительных газов, в которой окись углерода CO является главным восстановителем железа из его оксидов. Для увеличения производительности подаваемый в доменную печь воздух увлажняется, что приводит к увеличению содержания восстановителя.
Горячие газы, поднимаясь, отдают теплоту шихтовым материалам и нагревают их, охлаждаясь до 300…400 0С у колошника.
Шихта (агломерат, кокс) опускается навстречу потоку газов, и при температуре около 570 0С начинается восстановление оксидов железа.
Восстановление железа в доменной печи.
Закономерности восстановления железа выявлены академиком А.А. Байковым.
Восстановление железа происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте и повышения температуры от высшего оксида к низшему, в несколько стадий:
Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe.
Температура определяет характер протекания химических реакций.
Восстановителями окcидов железа являются твердый углерод, оксид углерода и водород.
Восстановление твердым углеродом (коксом) называется прямым восстановлением, протекает в нижней части печи (зона распара), где более высокие температуры, по реакции
FeO+C=Fe+CO— Q.
Восстановление газами (
3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2+Q;
Fe3O4+CO=3FeO+CO2-Q;
FeO+CO=Fe+CO2+Q.
За счет CO и H2 восстанавливаются все высшие оксиды железа до низшего и 40…60 % металлического железа.
При температуре 1000…1100 0C восстановленное из руды твёрдое железо, взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод. При насыщении углеродом температура плавления понижается и на уровне распара и заплечиков железо расплавляется (при температуре около 1300
Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4%), марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1200 0C восстанавливаются из руды, и серой, содержащейся в коксе.
В нижней части доменной печи образуется шлак в результате сплавления окислов пустой породы руды, флюсов и золы топлива. Шлаки содержат Al2O3, CaO, MgO, SiO2
Чугун выпускают из печи каждые 3…4 часа через чугунную летку 16, а шлак – каждые 1…1,5 часа через шлаковую летку 17 (летка – отверстие в кладке, расположенное выше лещади).
Отверстие чугунной летки в огнеупорной кладке заделывают огнеупорной массой. Летку открывают бурильной машиной, после выпуска чугуна закрывают огнеупорной массой.
Чугунная летка находится на некотором расстоянии от кладки лещади, поэтому создается «мертвый слой» чугуна высотой 500…1000 мм. Это делается для предохранения верхних слоев лещади от разъедания шлаками.
Сливают чугун и шлак в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши.
Чугун поступает в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи или разливается в изложницы разливочной машиной, где он затвердевает в виде чушек — слитков массой 45 кг.
Краткое описание технологии выплавки чугуна в доменном производстве
Историческая справка. Чугун был известен за 4-6 вв. до н. э. Доменное производство возникло в результате развития сыродутного процесса — «прямого» получения железа в твёрдом состоянии непосредственно из железной руды путём восстановления её в низких горнах или шахтных печах (домницах) с помощью древесного угля. Первые доменные печи в Европе появились в середине 14 в., а в России — около 1630, вблизи Тулы и Каширы. На Урале первый чугун получен в 1701, а в середине 18 в. благодаря развитию уральской металлургии Россия вышла на 1-е место в мире, которое удерживала до начала 19 в. До середины 18 в. единственное топливо для доменного производства — древесный уголь. В 1735 А. Дерби применил в доменной плавке каменно-угольный кокс.
Основные этапы развития доменного производства: применение паровой воздуходувной машины (И. И. Ползунов, 1766), нагрев дутья (Дж. Нилсон, 1829), изобретение кирпичного воздухонагревателя регенеративного типа (Э. Каупер, 1857). В 1913 в России было выплавлено 4,2 млн. т чугуна и она занимала 5-е место в мире. В 1940 в СССР было выплавлено 15 млн. т чугуна (3-е место в мире), а с 1947 Советский Союз уступал только США. В 1970 СССР вышел на 1-е место в мире. Выплавка чугуна в СССР в 1971 составила 89,3 млн. т. Большую роль в развитии доменного производства в СССР сыграли М. А. Павлов, М. К. Курако, И. П. Бардин. Доменное производство в СССР характеризуется применением высокомеханизированных и автоматизированных агрегатов и передовой технологии.
Выплавка чугуна производится в доменных печах, представляющих собой сложный технологический агрегат.
Доменная печь, домна — большая металлургическая, вертикально расположенная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья. Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до ее «капитального» ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов.
Основным материалом для доменного производства является железная руда, содержащая железо в виде оксидов. Оксиды железа купить в виде руды возможно у сырьевых компаний крупнейших стран-экспортёров: Австралия, Бразилия, Индия, Канада, ЮАР, Украина, Россия, Швеция, Казахстан. Для загрузки в печь наиболее удобны куски руды диаметром от 10 до 50 мм. Более мелкая и пылевидная руда должна быть окускована путем спекания. Такое спекание называется агломерацией и производится на агломерационных фабриках, которые строятся иногда на рудниках, но чаще непосредственно на металлургических заводах.
В доменной печи происходит отделение железа от кислорода (процесс восстановления). Этот процесс возможен при высоких температурах, для создания которых в доменной печи сжигается кокс. Кокс содержит углерод, который при высоких температурах соединяется с кислородом оксидов железа или, как принято говорить, восстанавливает железо из оксидов. Раньше вместо кокса в доменных печах сжигали обыкновенный древесный уголь.
Пустая порода, содержащаяся в большом количестве в железной руде, и зола, имеющаяся в коксе, при плавлении шихты не переходят в металл, а образуют шлак, который нужно своевременно удалить из печи. Чтобы облегчить удаление шлака, в руду добавляют флюсы — материал, придающий шлаку более жидкий вид. Обычно флюсом служит известняк.
Материалы подают в засыпное устройство, находящееся в верхней части домны, по наклонному мосту в специальных тележках-скипах, емкость которых на больших печах достигает 10 м3; подача материалов идёт непрерывно.
Рис. 1. Схема доменного производства
Таким образом, основными материалами для производства чугуна в доменной печи является железная руда, кокс и известняк. Кроме того, в доменном процессе для поддержания горения необходим воздух. Печь может работать только при непрерывной подаче воздуха.
Для того чтобы не охлаждать печь во время работы и ускорить плавку, воздух в печь подается подогретым до 600-800° и под давлением 1,5-2 атм. Воздух подогревают в специальных аппаратах — воздухонагревателях.
Воздухонагреватели представляют собой сварные цилиндрические сосуды диаметром от 7 до 9 м и высотой до 46 м с днищем и куполом. Воздухонагреватели изготовляют из листовой стали толщиной 10-14 мм. Внутреннее пространство воздухонагревателей разделено стенкой из огнеупорного кирпича на две вертикальные камеры — камеру горения и камеру насадки.
Камера, или шахта горения, и разделительная стенка начинаются от днища и идут до основания купола, так что под куполом остается свободное пространство для сообщения между камерами. В нижней части воздухонагревателя со стороны камеры: горения врезана горелка для сжигания газа.
Насадка — кирпичная кладка — выкладывается из огнеупорного (шамотного) кирпича так, чтобы образовались вертикальные сквозные от низа до верха каналы для прохода газа и воздуха. Благодаря каналам насадка обладает большой поверхностью нагрева (от 10 до 20 тыс. м2 и более). Насадка кладется на чугунную поднасадочную решетку, которая опирается на специальные колонны и расположена на уровне 2-2,5 м от днища воздухонагревателя.
Каналы насадки соответствуют отверстиям в решетке и имеют выход в пространство под решеткой, называемое поднасадочным пространством. В поднасадочное пространство по воздухопроводу холодного дутья подводится от воздуходувных машин холодный воздух.
Нагрев воздуха в воздухонагревателях происходит за счет сжигания очищенного газа, который, сгорая в камере горения, поднимается вверх под купол, а затем по каналам насадки опускается вниз и, отдав тепло насадке, уходит в дымовую трубу. После нагрева насадки газ и дымовую трубу отключают и через насадку пропускают воздух, который движется в направлении, обратном движению горячего газа. Горячий кирпич насадки отдает свое тепло воздуху.
Подогретый воздух по воздухопроводу горячего дутья подается от воздухонагревателей в кольцевую трубу и затем через специальные приборы, называемые фурмами, — в доменную печь.
Для одной доменной печи строят три или четыре воздухонагревателя, которые работают поочередно, т. е. если в одном нагревается насадка, то в другом — воздух, а третий запасной. Доменный процесс сопровождается также выделением побочных продуктов — доменного газа и шлака.
Жидкий шлак выпускается через шлаковые лётки в специальные ковши, в которых отвозится в шлаковые отвалы. В дальнейшем из него изготовляют строительные материалы — шлакоблоки. Доменный газ используется как топливо для сжигания в коксовых и мартеновских печах, в нагревательных печах прокатных цехов, а также в обыкновенных котельных топках.
Образующийся в печи газ через подсвечники, свечи и наклонные газопроводы отводится, в пылеуловители. Обычно на каждую доменную печь ставилось два пылеуловителя — первичный и вторичный. В настоящее время доменные печи сооружаются преимущественно с одним первичным пылеуловителем.
Свечи своей нижней частью, так называемыми подсвечниками, примыкают к куполу шахты. На доменную печь ставятся четыре подсвечника, а далее каждая пара подсвечников объединяется в одну свечу; свечи соединяются с первичным пылеуловителем двумя наклонными газопроводами грязного газа.
Пылеуловители представляют собой сварные цилиндрические сосуды диаметром от 9 до 11 м с коническим днищем и куполом, пылеуловители изготовляются из листовой стали толщиной 10-14 мм.
Доменный газ уносит с собой большое количество мелких частиц руды и кокса (колошниковой пыли) и по наклонным газоотводам попадает в пылеуловители. Здесь вследствие большего объема сосуда давление и скорость газа резко падают и значительная часть пыли (до 3/4) осаждается в конусах пылеуловителей, откуда ее периодически выпускают в вагоны и отвозят в отвал или на агломерационную фабрику, где она спекается в куски и вновь используется как шихтовый материал для доменной печи.
Пыль сильно истирает стенки свечей, газоотводов и пылеуловителей, поэтому их футеруют (выкладывают) шамотным кирпичом, а тройники и подсвечники — специальными чугунными плитами.
В пылеуловителях доменный газ проходит грубую очистку. Для дальнейшего использования газа необходима его полная очистка, которая происходит в специальных газовых цехах — газоочистках, входящих в комплекс сооружений доменного цеха. От пылеуловителей к газоочистке газ подается по газопроводу грязного газа. Очищенный газ по газопроводу чистого газа поступает к потребителям.
Доменный газ совершенно бесцветный и не имеет запаха, ядовит, а при соединении с воздухом образует взрывчатую смесь, которая при вспышке взрывается с огромной разрушительной силой. Поэтому при обращении с доменным газом требуется большая осторожность.
Таким образом, основным продуктом доменного производства является чугун, побочными продуктами — шлак, доменный газ и колошниковая пыль.
Основной примесью чугуна является углерод (2-4% и более), который может содержаться в чугуне в виде механической примеси (свободного графита) и в виде химического соединения с железом, называемого карбидом железа или цементитом. Получаемые в доменной печи чугуны разделяются на сорта: литейный, передельный и специальный.
Литейный чугун содержит свободный графит и имеет в изломе серый цвет и крупнозернистое строение. Этот чугун хорошо заполняет формы и легко поддается обработке режущим инструментом. Литейный чугун применяют для отливки радиаторов, труб, печных приборов и других строительных и бытовых изделий.
Передельный чугун содержит углерод в виде химического соединения с железом и имеет блестящий белый излом, поэтому иногда называется белым чугуном (белый цвет излома следует считать условным). Этот сорт чугуна плохо отливается и обрабатывается и идет главным образом в переплавку на сталь.
Специальные чугуны, или ферросплавы, имеют повышенное (более 10%) содержание одного или нескольких элементов, например кремния, марганца и др. Применяют их в основном в качестве специальных добавок при выплавке сталей.
Чугун и шлак периодически выпускают из печи: чугун через 4-6 час., а шлак через 2-3 часа. Производительность доменной печи характеризуется коэффициентом использования полезного объема, который представляет собой отношение полезного объема печи в кубических метрах к суточной выплавке чугуна в тоннах. Полезным объемом называется объем печи от уровня чугунной лётки до отметки низа большого конуса в опущенном состоянии.
Чем меньше коэффициент по абсолютному значению, тем лучше работает доменная печь. Более экономичными в эксплуатации являются доменные печи большого объема, поэтому впредь предполагается строительство печей большого объема.
Рис. 2. Разрез по оси доменной печи:
1 – пылеуловители; 2 – фундамент; 3 — рабочая площадка; 4 — кольцевой воздухопровод; 5 – лещадь; 6 – кладка горна; 7 – фурменные отверстия; 8 – кладка заплечиков; 9 – кладка шахты; 10 – колошник; 11 — наклонный газопровод; 12 – колошниковая площадка; 13 — засыпной аппарат; 14 – свечи; 15 – крыша здания поддоменника; 16 – колонны для удержания шахты; 17 — здание скипового подъемника; 18 – наклонный мост; 19 – железнодорожные вагоны с исходными шихтовыми материалами; 20 – бункер с шихтовыми материалами; 21 – скип; 22 — рудно-грейферный кран; I – горн; II – заплечики; III – распар; IV – шахта; V – колошник.
Доменная печь. Выплавка чугуна. Печь для выплавки чугуна. Схема доменной печи. Устройство доменной печи. Работа доменной печи. Параметры и конструкция доменной печи.
Чугун выплавляют в печах шахтного типа – доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива.
При выплавке чугуна решаются задачи:
- Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определенного химического состава.
- Оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нем золы кокса и удаление его из печи.
Устройство и работа доменной печи
Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15. В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту. Шихту подают в вагонетки 9 подъемника, которые передвигаются по мосту 12 к засыпному аппарату и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 – в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу.
Схема доменной печи
При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство подают новые порции шихты, чтобы весь полезный объем был заполнен.
Производство чугуна. Доменное производство чугуна. Технология производства чугуна. Процесс производства чугуна.
Полезный объем доменной печи – объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Полезная высота доменной печи (Н) достигает 35 м, а полезный объем – 2000…5000 м3.
В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через которые в печь поступает нагретый воздух, необходимый для горения топлива. Воздух поступает из воздухонагревателя, внутри которого имеются камера сгорания и насадка из огнеупорного кирпича, в которой имеются вертикальные каналы. В камеру сгорания к горелке подается очищенный доменный газ, который, сгорая, образует горячие газы. Проходя через насадку, газы нагревают ее и удаляются через дымовую трубу. Через насадку пропускается воздух, он нагревается до температуры 1000…1200 0С и поступает к фурменному устройству, а оттуда через фурмы 2 – в рабочее пространство печи. После охлаждения насадок нагреватели переключаются.
Горение топлива. Вблизи фурм природный газ и углерод кокса, взаимодействуя с кислородом воздуха, сгорают:
C + O2 = CO2 + Q
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O(пар) + Q
В результате горения выделяется большое количество теплоты, в печи выше уровня фурм развивается температура выше 2000 0С. Продукты сгорания взаимодействуют с раскаленным коксом по реакциям:
CO2 + C = 2CO — Q
H2O + C = CO + H2 — Q
Образуется смесь восстановительных газов, в которой окись углерода CO является главным восстановителем железа из его оксидов. Для увеличения производительности подаваемый в доменную печь воздух увлажняется, что приводит к увеличению содержания восстановителя. Горячие газы, поднимаясь, отдают теплоту шихтовым материалам и нагревают их, охлаждаясь до 300…400 0С у колошника. Шихта (агломерат, кокс) опускается навстречу потоку газов, и при температуре около 570 0С начинается восстановление оксидов железа.
Восстановление железа в доменной печи. Восстановление железа происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте и повышения температуры от высшего оксида к низшему, в несколько стадий:
Fe2O3 —> Fe3O4 —> FeO —> Fe
Температура определяет характер протекания химических реакций. Восстановителями окcидов железа являются твердый углерод, оксид углерода и водород. Восстановление твердым углеродом (коксом) называется прямым восстановлением, протекает в нижней части печи (зона распара), где более высокие температуры, по реакции:
FeO + C = Fe + CO — Q
Восстановление газами (CO и H2) называется косвенным восстановлением, протекает в верхней части печи при сравнительно низких температурах, по реакциям:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + Q
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 — Q
FeO + CO = Fe + CO2 + Q
За счет CO и H2 восстанавливаются все высшие оксиды железа до низшего и 40…60 % металлического железа.
При температуре 1000…1100 0C восстановленное из руды твердое железо, взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод. При насыщении углеродом температура плавления понижается и на уровне распара и заплечиков железо расплавляется (при температуре около 1300 0С).
Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4%), марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1200 0C восстанавливаются из руды, и серой, содержащейся в коксе.
В нижней части доменной печи образуется шлак в результате сплавления окислов пустой породы руды, флюсов и золы топлива. Шлаки содержат Al2O3, CaO, MgO, SiO2, MnO, FeO, CaS. Шлак образуется постепенно, его состав меняется по мере стекания в горн, где он скапливается на поверхности жидкого чугуна, благодаря меньшей плотности. Состав шлака зависит от состава применяемых шихтовых материалов и выплавляемого чугуна.
Чугун выпускают из печи каждые 3…4 часа через чугунную летку 16, а шлак – каждые 1…1,5 часа через шлаковую летку 17 (летка – отверстие в кладке, расположенное выше лещади). Летку открывают бурильной машиной, затем закрывают огнеупорной массой. Сливают чугун и шлак в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши.
Чугун поступает в кислородно-конвертерные (см. Кислородный конвертер) или мартеновские цехи (см. Мартеновская печь), или разливается в изложницы разливочной машиной, где он затвердевает в виде чушек-слитков массой 45 кг.
Производство чугуна — как получают чугун?
Производство чугуна
Производство чугуна и сама черная металурия своими истоками отходит ко II-ому тысячелетию до н. э., когда человек начал использовать эти процессы, чтобы получить сталь. Первая доменная печь появилась в Европе только в XIV — XV веках. В это время чугун получался как побочный продукт, не имеющий ценности.
Чугун — это металл, который широко используется в разнообразных отраслях промышленности и отличается хорошими рабочими характеристиками. Его получают с помощью относительно несложного процесса, который не включает в себя много шагов. Производство чугуна осуществляется в доменных печах, которые представляют собой что-то по типу большой пробирки. О процессе получения чугуна вы узнаете подробнее из этой статьи.
Горно-обогатительные комбинатыОсновное сырье, которое используется для производства чугуна, это железная руда. Добыча производится в открытых карьерах в разных областях Украины. В составе железной руда, как известно, есть много различных примесей, поэтому ее использование в сыром виде для получения чугуна невозможно. Добытая руда изначально транспортируется на предприятие, имеющее специальное назначение, которое называется горно-обогатительным комбинатом. На этом предприятии из руды удаляется пустая порода, а также происходит процесс дробления. Потом чистую (обогащенную) руду с помощью железнодорожного транспорта доставляют на металлургические комбинаты.
Процесс агломерации — производство чугунаНепосредственно сам процесс получения чугуна мы рассмотрим чуть ниже. Перед этим рассмотрим процесс подготовки руды для выплавки чугуна.
Использование для переплавки обычного дробленного материала резко снижает производительность доменной печи из-за того, что такой материал будет иметь низкую степень газопроницаемости. Решить эту проблему можно с помощью процесса агломерации, который происходит перед загрузкой руды в доменную печь. Этот процесс производится на специальных участках (цехах) металлургического комбината. Агломерация – это спекание породы в куски определенного размера, который наиболее подходит для производства чугуна. Высокая температура обеспечивает слипание частиц шихты, которые образуют куски, но они, в свою очередь, могут легко плавиться. Железная руда предварительно смешивается с углем. Горение угля обеспечивает необходимую температуру для спекания кусков. Также происходит стимулирование процесса агломерации потоком воздуха (сверху вниз), который пропускается через слой руды с углем.
Агломерат можно получить не только с помощью руды. Его также можно получить из небольших кусков железа, т.е. обычный металлолом может служить сырьем для чугуна.
Что происходит в печи — как получают чугунТеперь рассмотрим производство чугуна непосредственно в доменной печи. Доменная печь такой конструкции как на рисунке внутри облицована кирпичом. Также она имеет достаточно простой принцип работы. При производстве чугуна, используют не только агломерат, но и кокс, известь и флюс. Эти материалы смешиваются в заданной известной пропорции, и данная смесь называется доменной шихтой. С помощью специальных подъемников она поднимается на верх доменной печи. Возгорание кокса возможно только при наличии большого количества воздуха, который обогащен кислородом. Воздух подается под большим давлением с помощью специальных фурменных отверстий внизу печи для того, чтобы он проник через пласт шихты, подаваемой сверху. Поток воздуха подогревают до 600-800С, чтобы поддерживать нужную температуру внутри печи. Чугун, который образуется из расплавленной шихты, стекает вниз и с определенной периодичностью (1 раз в 40 мин) и выпускается наружу через специальное отверстие, которое называется летка. После этого с помощью чаш больших емкостей он транспортируется в сталеплавильные цеха.
Восстановление и науглероживание железа в печиДоменные печи работают по принципу противотока. Вот основные химические процессы, которые происходят в печи поочередно:
Восстановление железа.
Этот последовательный процесс выглядит так: Fe2O3 — Fe3O4 — FeO — Fe. В этом случае восстановителем является оксид углерода (CO), который образуется при взаимодействии CO2 с раскаленным коксом.
Науглероживание железа
Химическая реакция в данном случае выглядит так: 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 + Q. Карбид Fe3C легко смешивается с твердым железом, в результате чего и образуется сплав последнего с углеродом. Когда он стекает вниз, омывая куски кокса, он науглероживается еще больше. Кроме этого, такие вещества, как марганец, сера, кремний и т. д., при этом растворяются. Теперь понятно, что металл из доменной печи — это сплав железа с углеродом.
Восстановление других элементовМарганец, кремний, сера и фосфор попадают в доменную печь вместе с шихтой в виде различных химических соединений. Высшие оксиды марганца восстанавливаются до MnO примерно по тому же принципу, что и железо: MnO2 — Mn2O3 — Mn3O4 — MnO. Чистый марганец выделяется так: MnO + C = Mn + CO — Q. Кремний попадает в печь в виде кремнезема SiO2. Его восстановление происходит по реакции SiO2 + 2C = Si + 2CO — Q.
Фосфор восстанавливается водородом, твердым углеродом и CO и, к сожалению, практически полностью переходит в чугун. Этот элемент ухудшает доменный сплав железа. В то же время, кремнезем позволяет получать чугун хорошего качества, а также высшие оксиды марганца. Марганец в некоторых случаях добавляется в доменную печь специально. При этом получается особый вид чугуна — марганцевый.
Удаление серыПолучение чугуна хорошего качества, в основном сводится к его очистке от серы, которая является нежелательным элементом. Сера — это основная вредная примесь, значительно ухудшающая свойства конечного продукта выплавки. Самое большое количество серы содержится в коксе. Удаляют серу с помощью извести (CaO), которую вводят в состав шихты, и увеличения температуры. Химическая реакция в этом случае выглядит так: FeS + CaO = FeO + CaO + Q. Чтобы снизить процент серы в чугуне можно использовать и другие способы. Например, обрабатывать выплавленный материал в выпускном желобе или чаше с содой. При этом удаление серы происходит в химической реакции FeS + NaCO3 = FeO + Na2S + CO2.
Образование шлакаИз вышенаписанного теперь понятно как получают чугун. Но производство чугуна ведет к образованию еще одного продукта, который получил широкое использование – это шлак. При выплавке 1 тоны чугуна образуется 0,6 тоны шлака. Это происходит из-за того, что даже в очищенной железной руде содержится много глины. А в состав кокса входит зола. Поэтому для удаления этих ненужных элементов в шихте, используются флюсы (карбонат кальция и карбонат магния). При плавке они вступают в химическую реакцию с разного рода примесями, и в результате этого процесса образуется шлак. Шлак представляет собой алюмосиликатный или силикатный расплав.
Плотность жидкого чугуна выше, чем плотность шлака. Поэтому в процессе плавки шлак располагается сверху. Его периодически удаляют через шлаковую летку. Шлак является побочным продуктом чугунолитейного производства, но широко используется в строительной отрасли для изготовления цемента и строительных блоков. В данном применении шлак используется как наполнитель.
Поэтому данный вопрос — как получают чугун — не является слишком сложным. Но следует иметь ввиду, что в доменной печи можно получить чугун, который будет отличаться по химическому составу и физическим свойствам. Все чугуны делятся на два вида: передельный чугун (белый чугун) и литейный чугун (серый чугун). Первая разновидность используется в качестве сырья при производстве стали. Литейный чугун применяют для получения разнообразных чугунных отливок, которые могут использоваться как готовые изделия в различных отраслях промышленности.
Основные свойства чугуна зависят от количества примесей, которые входят в его состав: марганца, фосфора, кремния и серы.
2.2. Производство чугуна в доменной печи.
Выплавка чугуна производится в огромных доменных печах, выложенных из огнеупорных кирпичей достигающих 30 м высоты при внутреннем диаметре около 12 м.
Разрез доменной печи схематически изображен на рисунке.
Верхняя ее половина носит название шахты и заканчивается наверху отверстием – калашником, которая закрывается подвижной колонкой – кколашниковым затвором. Самая широкая часть печи называется распаром, а нижняя часть – горном. Через специальные отверстия в горне(фурмы) в печать вдувается горячий воздух или кислород.
Доменную печь загружают сначала коксом, а затем послойно агломератом и коксом. Агломерат – это определенным образом подготовленная руда, спеченная с флюсом. Горение и необходимая для выплавки чугуна температура поддерживаются вдуванием в горн подогретого воздуха или кислорода. Последний поступает в кольцевую трубу, расположенную вокруг нижней части печи, а из нее по изогнутым трубкам через фурмы в горн. В горне кокс сгорает, образуя СО2, который, поднимаясь вверх и проходя сквозь слои наколенного кокса, взаимодействует с ним и образует СО. Образовавшийся оксид углерода и восстонавливает большую часть руды, переходя снова в СО2.
Процесс восстановления руды происходит главным образом в верхней части шахты. Его можно выразить суммарным уравнением:
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Пустую породу в руде образуют, главным образом диоксид кремния SiO2.
Это – тугоплавкое вещество. Для превращения тугоплавких примесей в более легкоплавкие соединения к руде добавляются флюс . Обычно в качестве флюса используют CaCo3. При взаимодействии его с SiO2 образуется CaSiO2, легко отделяющийся в виде шлака.
При восстановлении руды железо получается в твердом состоянии. Постепенно оно опускается в более горячую часть печи – распар — и растворяет в себе углерод; образуется чугун. Последний плавится и стекает в нижнюю часть горна, а жидкие шлаки собираются на поверхности чугуна, предохраняя его от окисления. Чугун и шлаки выпускают по мере накопления через особые отверстия, забитые в остальное время глиной.
Выходящие из отверстия печи газы содержат до 25% СО. Их сжигают в особых аппаратах-кауперах, предназначенных для предварительного нагревания вдуваемого в печь воздуха. Доменная печь работает непрерывно. По мере того как верхние слои руды и кокса опускаются, в печь добавляют новые их порции. Смесь руды и кокса доставляется подъемниками на верхнюю площадку печи и загружается в чугунную воронку, закрытую снизу колошниковым затвором. При опускании затвора смесь попадает в печь. Работа печи продолжается в течение нескольких лет, пока печь не потребует капитального ремонта.
Процесс выплавки может быть ускорен путем применения в доменных печах кислорода. При вдувании в доменную печь обогащенного кислородом воздуха предварительный подогрев его становится излишним, а значит, отпадает необходимость в громоздких и сложных кауперах и весь процесс упрощается. Вместе с тем производительность печи повышается и уменьшается расход топлива. Такая доменная печь дает в 1,5 раза больше железа и требует кокса на ¼ меньше чем обычная.
ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДОМЕННОЙ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА В ДОМЕННОМ ЦЕХЕ № 2 ПАО НЛМК
TY — JOUR
T1 — ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДОМЕННОЙ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА В ДОМЕННОМ ЦЕХЕ № 2 ПАО НЛМК
AU — Сорокин, А. Ю.
AU — Пишикин, А. А.
AU — Дагман, А. И.
AU — Басов, В. И.
AU — Титов, В. Н.
AU — Загайнов, Сергей Александрович
PY — 2019
Y1 — 2019
N2 — Использование пылеугольного топлива (ПУТ) для экономии кокса является стратегическим направлением снижения энергетических затрат на выплавку чугуна в доменных печах ПАО НЛМК, позволяет изменить структуру поставок углей на комбинат и снизить их суммарный расход. Рассмотрены этапы освоения технологии, включая период наладки системы приготовления и подачи ПУТ в доменные печи и этап подбора системы загрузки и дутьевого режима, обеспечивающего максимальную степень использования СО и заданную производительность. Анализ динамики изменения показателей расхода кокса и топливных добавок показал, что расход суммарного углерода топлива практически не изменился, несмотря на различие количества углерода, поступающего с природным газом и ПУТ. Расчеты, выполненные по математической модели, показали, что при увеличении расхода ПУТ и снижении расхода природного газа коэффициент замены кокса природным газом увеличился в среднем на 0,09 кг кокса на 1 м3 природного газа. В результате внедрения технологии выплавки чугуна в доменном цехе № 2 ПАО НЛМК достигнуто снижение удельного расхода кокса более чем на 80 кг/т чугуна при снижении расхода природного газа более чем на 60 м3/т чугуна. Выявлены условия, при которых доменные печи могут работать как с минимальным расходом кокса, так и с максимальной интенсивностью. Работа доменных печей в установленном диапазоне режимных параметров позволяет снизить затраты топлива на производство чугуна.
AB — Использование пылеугольного топлива (ПУТ) для экономии кокса является стратегическим направлением снижения энергетических затрат на выплавку чугуна в доменных печах ПАО НЛМК, позволяет изменить структуру поставок углей на комбинат и снизить их суммарный расход. Рассмотрены этапы освоения технологии, включая период наладки системы приготовления и подачи ПУТ в доменные печи и этап подбора системы загрузки и дутьевого режима, обеспечивающего максимальную степень использования СО и заданную производительность. Анализ динамики изменения показателей расхода кокса и топливных добавок показал, что расход суммарного углерода топлива практически не изменился, несмотря на различие количества углерода, поступающего с природным газом и ПУТ. Расчеты, выполненные по математической модели, показали, что при увеличении расхода ПУТ и снижении расхода природного газа коэффициент замены кокса природным газом увеличился в среднем на 0,09 кг кокса на 1 м3 природного газа. В результате внедрения технологии выплавки чугуна в доменном цехе № 2 ПАО НЛМК достигнуто снижение удельного расхода кокса более чем на 80 кг/т чугуна при снижении расхода природного газа более чем на 60 м3/т чугуна. Выявлены условия, при которых доменные печи могут работать как с минимальным расходом кокса, так и с максимальной интенсивностью. Работа доменных печей в установленном диапазоне режимных параметров позволяет снизить затраты топлива на производство чугуна.
UR — https://elibrary.ru/item.asp?id=39131813
U2 — 10.32339/0135-5910-2019-7-803-809
DO — 10.32339/0135-5910-2019-7-803-809
M3 — Статья
SP — 803
EP — 809
JO — Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации
JF — Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации
SN — 0135-5910
IS — 7
ER —
19 Производство чугуна в доменных печах
2.1. Производство чугуна в доменных печах. Физико – химический процесс получения чугуна. Продукты доменного производства. Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы.
Комплексные руды используют для выплавки природно-легированных чугунов.
Флюсом при выплавке чугуна в доменных печах является известняк СаСО3 или доломитизированный известняк, содержащий СаСО3 и MgCO3.
Подготовка руд к доменной плавке осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна. Цель этой подготовки— увеличение содержания железа в шихте и уменьшение в ней примесей — серы, фосфора, повышение ее однородности по кусковатости и химическому составу. Метод подготовки добываемой руды зависит от ее качества.
Чугун выплавляют в печах шахтного типа—доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива в печи.
Горение топлива. углерод кокса, взаимодействуя с кислородом воздуха, сгорает. В результате горения выделяется теплота и образуется газовый поток, содержащий СО, СО2, N2, H2, СН4 и др. При этом в печи несколько выше уровня фурм развивается температура выше 2000° С.Шихта (агломерат, кокс) опускается навстречу потоку газов, и при температуре ~ 570° С начинается восстановление оксидов железа.
Восстановление железа в доменной печи. В результате взаимодействия оксидов железа с оксидом углерода и твердым углеродом кокса, а также с водородом происходит восстановление железа. Восстановление газами называют косвенным, а восстановление твердым углеродом — прямым. Реакции косвенного восстановления—экзотермические (сопровождаются выделением теплоты), они происходят главным образом в верхних горизонтах печи. Реакции прямого восстановления — эндотермические (сопровождаются поглощением теплоты), они протекают в нижней части доменной печи, где температура более высокая.
Восстановление железа из руды в доменной печи происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте печи и повышения температуры в несколько стадий от высшего оксида к низшему: Fe2O3->Fe3O4->FeO->FeО пускаясь, шихта достигает зоны в печи, где температура 1000—1100° С. При этой температуре восстановленное из руды твердое железо, взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод, вследствие чего температура плавления железа понижается и на уровне распара и заплечиков оно расплавляется. Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, насыщаются углеродом (4% и более), марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1000—1200° С восстанавливаются из руды, а также серой, содержащейся в коксе.
Люди также интересуются этой лекцией: Лекция 16 — Аварии на радиационно-опасных объектах.
Продукты доменной плавки. Чугун — основной продукт доменной плавки. В доменных печах получают чугун различного химического состава в зависимости от его назначения.
Передельный чугун выплавляют для передела его в сталь в конвертерах или мартеновских печах.
Литейный чугун используют на машиностроительных заводах при производстве фасонных отливок. Кроме чугуна в доменной печи выплавляют ферросплавы доменные — сплавы железа с кремнием, марганцем и другими элементами. Их применяют для раскисления и легирования стали.
Побочные продукты доменной плавки — шлак и доменный газ. Из шлака изготовляют шлаковату, цемент, шлакоситаллы, а доменный газ после очистки используют как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в доменную печь.
доменная печь | металлургия | Britannica
доменная печь , вертикальная шахтная печь, которая производит жидкие металлы за счет реакции потока воздуха, подаваемого под давлением в нижнюю часть печи, со смесью металлической руды, кокса и флюса, подаваемой в верхнюю часть. Доменные печи используются для производства чугуна из железной руды для последующей переработки в сталь, а также для обработки свинца, меди и других металлов. Быстрое горение поддерживается потоком воздуха под давлением.
Доменные печи производят чугун из железной руды за счет восстанавливающего действия углерода (поставляемого в виде кокса) при высокой температуре в присутствии флюса, такого как известняк. Доменные печи для производства чугуна состоят из нескольких зон: пода в форме тигля в нижней части печи; промежуточная зона, называемая чушкой, между подом и штабелем; вертикальная шахта (штабель), идущая от чушки до верха печи; и верх печи, который содержит механизм загрузки печи.Шихта или шихта из железосодержащих материалов (, например, железорудных окатышей и агломерата), кокса и флюса (, например, известняка) опускается через шахту, где она предварительно нагревается и вступает в реакцию с восходящим восстановлением. газы для производства жидкого чугуна и шлака, которые накапливаются в очаге. Воздух, предварительно нагретый до температур от 900 ° до 1250 ° C (1650 ° и 2300 ° F), вместе с впрыскиваемым топливом, таким как нефть или природный газ, вдувается в печь через несколько фурм (форсунок), расположенных по окружности топка у верха очага; количество таких форсунок может быть от 12 до 40 на больших печах.Предварительно нагретый воздух, в свою очередь, подается из нагнетательной трубы — трубы большого диаметра, окружающей топку. Предварительно нагретый воздух бурно реагирует с предварительно нагретым коксом, что приводит как к образованию восстановительного газа (монооксида углерода), который поднимается через печь, так и к очень высокой температуре около 1650 ° C (3000 ° F), при которой образуется жидкое железо и шлак.
Принципиальная схема современной доменной печи (справа) и доменной печи (слева).
Британская энциклопедия, Inc.Подробнее по этой теме
Обработка чугуна: Доменная печь
По сути, доменная печь представляет собой противоточный теплообменник и кислородный теплообменник, в котором поднимающийся дымовой газ теряет большую часть …
Чушь — самая горячая часть печи из-за ее непосредственной близости к реакции между воздухом и коксом. Расплавленное железо накапливается в поде, который имеет летку для отвода расплавленного железа и, выше, отверстие для шлака для удаления смеси примесей и флюса.Под и чушка представляют собой толстостенные конструкции, облицованные огнеупорными блоками углеродного типа, а дымовая труба облицована высококачественным шамотным кирпичом для защиты кожуха печи. Чтобы эти огнеупорные материалы не выгорели, в них встроены тарелки, козырьки или распылители для циркуляции холодной воды.
Кумба заполнена чередующимися слоями кокса, руды и известняка, которые попадают наверху во время непрерывной работы. Кокс воспламеняется внизу и быстро сгорает за счет нагнетаемого воздуха из фурм.Оксиды железа в руде химически восстанавливаются до расплавленного железа углеродом и оксидом углерода из кокса. Образовавшийся шлак состоит из известнякового флюса, золы кокса и веществ, образующихся в результате реакции примесей в руде с флюсом; он плавает в расплавленном состоянии поверх расплавленного чугуна. Горячие газы поднимаются из зоны горения, нагревая свежий материал в дымовой трубе, а затем выходят через каналы в верхней части печи.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчасДоменные печи могут иметь следующие вспомогательные помещения: складское помещение, где шихта готовится до ее подъема на верх печи скиповыми тележками или системой ленточных конвейеров; система верхней загрузки, состоящая из набора вертикальных двойных колпаков (конусов) или вращающихся желобов для предотвращения выхода топочного газа во время загрузки; печи, использующие отходящие газы печи для подогрева воздуха, подаваемого к фурмам; и литейный цех, состоящий из желобов, по которым жидкий чугун и шлак распределяются по соответствующим ковшам для передачи в сталеплавильные печи и участки утилизации шлака.
В Европе доменная печь постепенно развивалась на протяжении веков из небольших печей, эксплуатируемых римлянами, в которых древесный уголь использовался для восстановления руды до полутвердой массы железа, содержащей относительно небольшое количество углерода и шлака. Затем железную массу обрабатывали молотком для удаления шлака, получая кованое железо. Увеличение высоты печи в сочетании с механическими сильфонами для подачи в нее большего количества воздуха позволило повысить температуру, необходимую для производства высокоуглеродистого чугуна, известного как чугун.Этот способ производства использовался в Центральной Европе к середине 14 века и был введен в Англию около 1500 года. Древесный уголь был единственным печным топливом до 17 века, когда истощение лесов, которые давали древесный уголь в Англии, привело к экспериментам с коксом. , который производится из угля. К середине XVIII века кокс получил широкое распространение в доменных печах, а принцип нагрева воздуха перед его поступлением в печь был введен в начале XIX века.
Размер современных доменных печей составляет от 20 до 35 м (от 70 до 120 футов), диаметр пода составляет от 6 до 14 м (от 20 до 45 футов), и они могут производить от 1000 до почти 10 000 тонн чугуна в день.
Чугун — маршрут доменной печи
В 2016 году во всем мире было произведено более 1,1 миллиарда тонн доменного чугуна. Экономика доменных печей такова, что более крупные агрегаты имеют более низкие производственные затраты, следовательно, наблюдается тенденция к все большему и большему размеру печей. . Современные доменные печи производят более 10 000 тонн в сутки.
Для получения общей информации о товарном чугуне посетите страницу чугуна.
Современные доменные печи производят более 10 000 тонн в сутки.Процесс в доменной печи
Доменная печь представляет собой противоточный реактор для газа / твердых веществ, в котором нисходящий столб шихты [кокс, железная руда и флюсы / добавки] вступает в реакцию с восходящими горячими газами. Процесс является непрерывным, сырье регулярно загружается в верхнюю часть печи, а расплавленный чугун и шлак выпускаются из нижней части печи через равные промежутки времени.
Ключевые этапы процесса следующие:
- верхняя часть печи — свободная влага отводится от материалов шихты, гидраты и карбонаты отделяются.
- нижняя часть шахты доменной печи — косвенное восстановление оксидов железа оксидом углерода и водородом происходит при 700-1000 ° C.
- Бош участок печи, где шихта начинает размягчаться и плавиться — прямое восстановление оксидов железа [и других] и карбонизация коксом происходит при 1000–1600 ° C. Расплавленный чугун и шлак начинают стекать на дно печи [под].
Между чушкой и подом расположены фурмы [медные сопла с водяным охлаждением], через которые в топку вдувается дутьевой воздух — воздух для горения, предварительно нагретый до 900–1300 ° C, часто обогащенный кислородом.Непосредственно перед фурмами находится зона горения, самая горячая часть печи, 1850–2200 ° C, где кокс реагирует с кислородом и паром в дутье с образованием окиси углерода и водорода [а также тепла] и железа. и шлак полностью плавится.
Расплавленный чугун и шлак собираются в поде печи. Менее плотный шлак плавает поверх чугуна. Шлак и железо выпускаются через определенные промежутки времени через отдельные летки. При производстве товарного чугуна чугун разливают в слитки; на металлургических комбинатах жидкий чугун или чугун в торпедных тележках-ковшах перемещается в сталеплавильные печи.Шлак поступает в шлаковые карьеры для дальнейшей переработки в полезные материалы, например, сырье для производства цемента, дорожного строительства и т. Д.
Машина для разливки чугуна (любезно предоставлено Paul Wurth)Реакции в доменной печи
Основные реакции:
2C + O 2 → 2CO
C + H 2 O → CO + H 2
CO 2 + C → 2CO
3Fe 2 O 3 + CO → CO 2 + 2Fe 3 O 4
Fe 3 O 4 + CO → CO 2 + 3FeO
FeO + CO → Fe + CO 2
При загрузке доменной печи шихта добавляется слоями.Загрузка осуществляется либо с помощью элеватора, в котором ковш поднимается и опускается наверху печи для опорожнения непосредственно в печь [колокольная система], либо с помощью конвейерных лент к верхней части печи, где материалы загружаются в бункер, прикрепленный к верхней части печи [система без колпака], а оттуда в печь. С помощью вращающегося желоба можно добиться очень равномерного распределения шихты по печи. Система без колпака имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что во время загрузки теряется меньше энергоемкого доменного газа.
Добавки и флюсы служат для преобразования отходов или пустых пород в шихте (в основном кремнезема и глинозема) в шлак с низкой температурой плавления, который также растворяет коксовую золу и удаляет серу. Например:
CaCO 3 → CaO + CO 2
CaO + SiO 2 → CaSiO 3
FeS + CaO + C → CaS + FeO + CO
Сама доменная печь представляет собой стальную шахту облицованы огнеупорными, огнеупорными материалами.Самая горячая часть печи, где температура стенок достигает> 300 ° C, имеет водяное охлаждение. Вся конструкция поддерживается снаружи стальным каркасом.
Доменный газ, выходящий из верхней части печи, представляет собой смесь двуокиси углерода, окиси углерода, водорода и азота и имеет теплотворную способность от 3200 до 4000 кДж / м³. После очистки он используется для различных целей, в том числе для нагрева дутьевых печей [«кауперов»], на предприятиях по агломерации железной руды и для выработки электроэнергии.Кредит на этот газ — важный фактор в снижении эксплуатационных расходов доменной печи.
Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть:- макет завода «Уральская Сталь» в России
- Производство передельного чугуна из вторсырья компанией DK Recycling в Германии
Для более подробного изучения процесса доменной печи, мы предлагаем ссылку на следующее:
Производство, формовка и обработка стали, 11-е издание, опубликованное Ассоциацией металлургических технологий.
Чугун | Международная ассоциация производителей чугуна
Обзор
Чугун — это продукт плавки железной руды (также ильменита) с использованием высокоуглеродистого топлива и восстановителя, такого как кокс, обычно с известняком в качестве флюса.Древесный уголь и антрацит также используются в качестве топлива и восстановителя.
Чугун получают путем плавки железной руды в доменных печах или плавки ильменита в электрических печах.
Чугун поставляется в различных размерах и весах слитков от 3 кг до более 50 кг.Подавляющее большинство чугуна производится и потребляется на металлургических комбинатах. В этом контексте термин «чушковый чугун» употребляется неправильно: на металлургических комбинатах доменный чугун перекачивается непосредственно на сталеплавильный завод в жидкой форме, более известной как «чугун» или «доменный чугун».»
Термин «чугун в чушках» восходит к тем временам, когда чугун разливали в слитки перед загрузкой на сталелитейный завод. Формы были разложены на песчаных пластах таким образом, чтобы их можно было кормить с помощью обычного желоба. Группа форм напоминала помет сосущих свиней, слитки назывались «свиньями», а бегунок — «свиноматкой».
Товарный чугун
Товарный передельный чугун — это холодный чугун, отлитый в слитки и продаваемый третьим сторонам в качестве сырья для сталелитейной промышленности и черной металлургии.
Товарный чугун производят:
- специализированных торговых предприятия — вся продукция продается внешним покупателям: или
- интегрированные сталелитейные заводы — чугун, который является излишком для их внутренних потребностей, разливается в слитки и продается на коммерческий рынок.
Виды товарного передельного чугуна
Товарный чугун включает три основных типа:
- основной чугун: , используемый в основном в электродуговом производстве стали
- литейный чугун (также известный как гематитовый чугун ): используется в основном при производстве отливок из серого чугуна в вагранках
- высокочистый чугун (также известный как чугун с шаровидным графитом ): используется при производстве отливок из высокопрочного чугуна [также известного как шаровидный графит или шаровидный графит — SG].
Существуют также различные подтипы, например базовый чугун с низким содержанием марганца , полушаровидный чугун и т. Д.
Состав и характеристики
Чугун содержит не менее 92% Fe и имеет очень высокое содержание углерода, обычно 3,5–4,5%.
Остальные компоненты приведены в таблице ниже:
| Тип чугуна | C | Si | Mn | S | P |
|---|---|---|---|---|---|
| Базовый | 3.5 — 4,5 | ≤1,25 | ≤1,0 | ≤0,05 | 0,08-0,15 |
| Литейный завод | 3,5 — 4,1 | 2,5 — 3,5 | 0,5 — 1,2 | ≤0,04 | ≤0,12 |
| Высокая чистота / шаровидный | 3.7 — 4,7 | 0,05 -1,5 | ≤0,05 | ≤0,025 | ≤0,035 |
Чугун поставляется в различных размерах и весах от 3 кг до более 50 кг.
Преимущества при выплавке стали и литье черных металлов
Для получения дополнительной информации о передельном чугуне и его преимуществах при производстве стали в электродуговых печах и литье черных металлов, пожалуйста, ознакомьтесь с нашими информационными бюллетенями:
Транспортировка и транспортировка чугуна
Для целей Международного кодекса морских навалочных грузов Международной морской организации в соответствии с графиком для чугуна передовой чугун классифицируется как группа C (грузы, которые не склонны к разжижению и не обладают химической опасностью).Пожалуйста, обратитесь к нашему руководству: Чугун: Руководство по транспортировке и погрузке-разгрузке на терминалах
Чугун загружается различными способами, например: конвейерно или в скипах.Как производится чугун?
Руководство по производству и изготовлению чугуна.
В процессе производства чугуна задействованы три следующие операции:
(1) Туалетный
(2) Прокаливание и обжарка
(3) Плавка.
(1) Туалетный:
Железная руда, добываемая в шахтах, измельчается на куски диаметром 25 мм.Это достигается в камнедробилках обыкновенного типа.
Дробление руды помогает двумя способами:
(i) Получают частицы руды однородного размера.
(ii) Восстановительные газы лучше проникают в руды.
Если руды содержат глину, суглинок и другие землистые вещества, они промываются в потоке для удаления таких примесей. Перфорированные лотки можно хранить в воде для удаления гальки и песка. Для работы в сухом состоянии магнитные сепараторы используются для удаления примесей, содержащихся в железной руде.
(2) Прокаливание и обжарка:
После обогащения железная руда кальцинируется и обжигается. Прокаливание заключается в нагревании руд в присутствии воздуха до их окисления. Вода и углекислый газ удаляются из руд путем прокаливания. Обжиг состоит в том, чтобы сделать руду горячей и очень сухой. Принято отводить летучие части, особенно серу, за счет тепла. Следовательно, обжиг не требуется, если руда представляет собой оксид.
(3) Плавка:
Плавка с целью отделения металла от руды называется плавкой.Он осуществляется в печи особого типа, известной как доменная печь. Он имеет форму вертикального стального цилиндра. Наружный кожух печи выполнен из стального листа толщиной от 30 до 40 мм, а его внутренняя поверхность покрыта футеровкой из огнеупорного кирпича. Его диаметр составляет от 6 до 8 м, а высота от 30 до 36 м.
Доменные печи продолжают оставаться во всем мире основным, если не единственным средством производства чугуна. Их конструкция практически не изменилась.Однако они невероятно выросли в размерах и эффективности. Производительность старых доменных печей составляла около 15000 кН чугуна в сутки. Мощность современных доменных печей увеличилась до 100000 и более кН чугуна в сутки.
Другие методы производства чугуна :
В наше время предпринимаются попытки изменить его или внедрить новые методы производства чугуна в основном по двум причинам:
(i) Увеличилась высота современной доменной печи.Для его работы требуется больше капитала и труда.
(ii) Для большинства стран, производящих чугун, кокс, используемый в качестве топлива, становится либо дефицитным, либо недоступным.
Другие альтернативные методы производства чугуна:
(1) Электропечь восстановительная
(2) Малогабаритная доменная печь
(3) Процесс производства губчатого железа.
Теперь будут кратко описаны некоторые важные особенности каждого метода.
(1) Электрическая восстанавливающая печь:
Этот тип печи можно использовать в местах, где можно экономично и дешево производить электроэнергию. Существуют различные формы этой печи. В одном варианте диаметр пода примерно в три-четыре раза больше диаметра стопки. Топка обогревается электродами, проходящими через свод.
Ниже приведены преимущества этой печи:
(i) Поскольку используется электроэнергия, кокс требуется только в качестве восстановителя.Следовательно, это приводит к значительному сокращению, примерно на 60%, в его потреблении.
(ii) Для этой печи не требуется подача воздуха извне.
(iii) Он гибок в эксплуатации и может экономично использоваться для различных выходов.
(iv) В этой печи можно использовать сырье низкого качества.
(v) В этой печи можно производить чугун с низким содержанием серы.
(vi) Требуется меньше флюсового материала.
(vii) Количество образующегося шлака меньше.
(viii) Газ, производимый в этой печи, имеет более высокую теплотворную способность. Его количество составляет всего около 15% от количества, производимого в обычной доменной печи.
Единственным недостатком этой печи является то, что ее первоначальные затраты и затраты на обслуживание несколько выше. Однако его внедрение во многом зависит от относительной стоимости кокса и электроэнергии.
(2) Доменная печь с низким валом:
В этой печи дутье обогащается кислородом.Следовательно, это зависит от доступности коммерческого кислорода по низкой цене. В домне обычной печи около 60% составляет азот, который не принимает активного участия в химических реакциях. Он действует только как переносчик тепла. Следовательно, если дутье обогащено кислородом, восстановление железной руды может быть выполнено за более короткое время, и это также приведет к уменьшению высоты штабеля.
Ниже приведены преимущества этой печи:
(i) Получаемый газ имеет высокую теплотворную способность.
(ii) Эта печь потребляет мелкодисперсную руду.
(iii) Эта печь потребляет кислород, который может быть получен из природного воздуха, или зависит от него.
(iv) Эта печь позволяет использовать низкое топливо, такое как лигнит, бурый уголь и т. Д.
Мощность этой печи сравнительно низкая, и для нее требуется гарантированная подача большого количества объемного кислорода.
(3) Процесс производства губчатого железа:
Как следует из названия, губчатое железо получают восстановлением кусковой железной руды или окатышей железной руды из оксидной формы в металлическое состояние.Содержание железа в продукте, полученном таким образом, варьируется от 90% до 94%, а остаток представляет собой следы пустой породы и остаточного оксида железа.
Ниже приведены преимущества этого процесса, особенно с учетом преобладающих условий в нашей стране:
(i) Производство стали:
Губчатое железо можно легко превратить в сталь путем плавления в электродуговой печи или использовать в вагранках для производства тяжелого чугуна.Это также прямое сырье для многих процессов производства чугуна и стали. Он также все чаще используется для повышения производительности существующих доменных печей.
(ii) Новые технологии:
Был значительно усовершенствован способ производства губчатого железа, и все преимущества такой передовой технологии могут быть использованы для увеличения производства губчатого железа. Например, в новых проектах может быть устранена необходимость изготовления железорудных окатышей для последующего преобразования в губчатое железо.
Процесс прост, и факторы контроля температуры процесса, состава выхлопных газов и качества продукта можно легко контролировать с помощью новейших технологий.
(iii) Производство:
В нашей стране есть большие запасы железной руды и некоксующегося угля, и похоже, что к концу 2020 года годовое производство губчатого железа вырастет до 1 000 млн кН.
(iv) Сырье для мини-металлургических заводов:
Дефицит стального лома ощущают миниатюрные сталелитейные заводы по всей стране.Губчатое железо очень экономично и превосходит обычный стальной лом, используемый на таких предприятиях, и, следовательно, рост производства губчатого железа решит проблему поставок сырья для мини-сталелитейных заводов. Губчатый чугун станет отличной заменой стальному лому, используемому в электросталеплавильных печах.
(v) Замена чугуна:
Губчатый чугун также может заменить чугун на больших чугунолитейных заводах, где есть оборудование для куполов горячего дутья.Сэкономленный таким образом чугун можно было поставлять на мелкие предприятия.
(vi) Нехватка коксующегося угля:
В нашей стране остро ощущается нехватка коксующегося угля. Процесс производства губчатого железа требует использования некоксующегося угля, который в изобилии имеется в Андхра-Прадеше, Ориссе, Бенгалии и Бихаре. Таким образом, производство губчатого чугуна сделает производство стали менее зависимым от коксующегося угля, которого мало и который день ото дня становится дорогостоящим.
Малые и средние предприятия по производству губчатого железа работают экономично даже в самых развитых странах.Несколько процессов были разработаны в Японии и Германии для экономической эксплуатации железной руды в губчатое железо.
|
(PDF) Производство передельного чугуна из отходов дробильных установок с использованием вагранки горячего дутья
Недостаток поставок лома во всем мире и его текущие цены —
[1].Процесс плавки мелкой железной руды в вагранке
можно считать аналогичным процессу в доменной печи
с небольшой разницей в кинетической реакции. В доменной печи
железная руда или оксид железа восстанавливаются диоксидом углерода
(CO), образующимся в результате изменения углерода в восстановительной среде
[2]. Модификация вагранки производится путем добавления горячего воздуха
(500–700 ° C), поступающего в процессе обжига, и это
, называемое вагранкой горячего дутья.Эта добавка горячего воздуха снижает расход кокса
и может улучшить зону восстановления [3].
Использование древесного угля в вагранке рекомендуется
для вагранки производительностью 3 тонны в сутки, а
не рекомендуется для вагранок большего размера. Древесный уголь
легко разрушается, так как на него воздействует другое сырье —
als из-за низкой твердости и вязкости древесного угля.
Использованный древесный уголь будет более реактивным по сравнению с
использованием кокса, и в результате горения будет получено большее количество
температура горения легко снизится [4].Предыдущие
исследований проводились в основном по выплавке железной руды, в то время как
когда-либо проводились лишь несколько исследований по закачке древесного угля в вагранку. Поэтому в данном исследовании было проведено производство чугуна
с использованием вагранки горячего дутья, в которую был введен порошок древесного угля
с целью улучшения зоны восстановления
в вагранке.
2. Методы
2.1. Материалы и оборудование
В качестве материалов использовались отходы железной руды и порошок древесного угля
der, как показано на рис.1. Отходы железной руды поступили с дробильной фабрики
, расположенной в подрайоне Танджунг Бинтанг района
Южный Лампунг в провинции Лампунг. Древесный уголь —
угольный порошок был получен из побочного продукта угольного просеивания —
в древесно-угольной промышленности, расположенной в подрайоне Натар
района Южный Лампунг провинции Лампунг. Бентонит
использовался в качестве связующего, а кокс использовался в качестве восстановителя и энергии во время процесса
. Известняк (CaCO
3
), стальной лом, литейный, огнеупорный кирпич
, огнеупорный цемент и формованный песок были использованы в качестве поддерживаемых материалов
в этом исследовании.
В этом эксперименте использовалось оборудование для промывки железной руды
, магнитный сепаратор, гранулятор, смеситель, горячая дутья
вагранка (HBC), нагнетатель, разливочный ковш, термопара, молотковая мельница
и вибрационный грохот. Для анализа использовались AAS (атомно-абсорбционный спектрофотометр
) Shimadzu AA 7000, встряхиватель сита, метрическая бомба calori-
и печь.
2.2. Методика исследования
Первой процедурой были приготовление порошка древесного угля и отходов железной руды и древесины
.Содержание Fe в отходах дробильной установки
было улучшено с помощью процессов промывки и магнитной сепарации
. Процесс промывки проводился на модернизированной пескоотделительной машине
. Его принцип работы заключался в разделении
примесных материалов с помощью центробежной силы, в то время как давление воды
силы заставляло грязную руду растворяться в шламе и пульпе.
Процессы гравитации и декантации были впоследствии проведены для разделения их обоих.Материалы были удалены
из их примесей были пропущены в магнитный сепаратор для
повышения степени Fe в отходах железной руды. Процесс подготовки древесного угля
был начат с его промывки с использованием моечной машины с вращающимся ситом
, где вода под давлением подавалась в отходы древесного угля
для удаления примесей в материале. Эта технология
производила древесный уголь размером <25 мм, очищая
от примесей почвы.Чтобы иметь возможность использовать в этом эксперименте, отходы древесного угля
должны быть измельчены с использованием молотковой мельницы
и дисковой мельницы, и в результате этого процесса был получен порошок древесного угля
размером 40 + 60 меш, который должен был быть введен в горячего дутья
вагранка.
Вторая процедура подготовила композитные окатыши, как показано на рис.
на рис. 2. Процесс укладки на поддоны является одним из наиболее важных этапов
для получения агломератов высокого качества с дополнительными
преимуществами вторичной переработки ультрафиолетов в сталеплавильном производстве
промышленность [5].Композиционные окатыши были изготовлены из сырья
с размером частиц 8 + 100 меш в составе 80% железной руды
, 15% древесного угля и 5% бентонита. Размер полученного гранулы
составлял 2,5–4,0 мм, и это называется зеленым гранулом. Зеленые гранулы
были оставлены на открытом воздухе на 3–24 ч, а затем высушены в печи при температуре 110–120 ° C. Третьим отверждением pro-
было восстановление композитных окатышей в вагранке горячего дутья
(HBC) (рис.3). Восстановительная стадия началась с первоначального нагрева печи
с 150 кг кокса. Затем в печь загружали 150 кг лома,
50 кг кокса и 15 кг извести.
Когда состояние печи было стабильным, использование лома
было сокращено на 10%, 20%, 30% и 40% до 0%
веса сырья. При этом закачка порошка древесного угля
в печь HBC производилась с помощью системы шнекового питателя
.
Рис. 1 (а) порошок железной руды из отходов дробильного завода и (б) порошок древесного угля из остатков просеивания.
2 K. Isnugroho, D.C. Birawidha
Цитируйте эту статью в прессе как: K. Isnugroho, D.C. Birawidha, Производство чугуна из отходов дробильных установок с использованием вагранки горячего дутья, Alexandria Eng. J.
(2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.aej.2016.11.004
Сырье
Три основных вида сырья, используемых для производства чугуна (которое является необходимым сырьем). для производства стали) для первичного производства стали в доменной печи — это переработанная железная руда, кокс (остаток, оставшийся после нагревания угля в отсутствие воздуха, обычно содержащий до 90% углерода) и известняк (CaCO 3 ) или негашеная известь (CaO), которые регулярно добавляются в доменную печь.
Для эффективной работы в чугуноплавильных печах требуется руда с содержанием железа не менее 50%. Однако стоимость транспортировки железной руды означает, что она часто до определенной степени очищается перед отправкой — процесс, называемый «обогащением». Эти процессы включают дробление, грохочение, галтовку, флотацию и магнитную сепарацию. Очищенная руда обогащается этими процессами до более чем 60% железа и часто перед отгрузкой превращается в окатыши.
При вторичном производстве стали — в дуговой электропечи — основным сырьем является лом.Лом также используется в меньших количествах при производстве первичной стали, чтобы контролировать реакцию восстановления (от оксидов железа до «свободных» ионов Fe).
Есть несколько основных элементов, которые можно найти во всех коммерческих сталях. Углерод — очень важный элемент в стали, поскольку он позволяет упрочнять сталь путем термообработки. Для производства стали требуется лишь небольшое количество углерода: до 0,25% для низкоуглеродистой стали, 0,25–0,50% для среднеуглеродистой стали и 0,50–1,25% для высокоуглеродистой стали.Сталь может содержать до 2% углерода, но сверх этого количества считается чугун, в котором избыток углерода образует графит. Металлический марганец используется в небольших количествах (0,03–1,0%) для удаления нежелательного кислорода и контроля серы. Серу трудно удалить из стали, и форма, которую она принимает в стали (сульфид железа, FeS), позволяет стали становиться хрупкой или короткозернистой при ковке или прокатке при повышенных температурах.